Effects of antimony on redox activities and antioxidant defence systems in sunflower (Helianthus annuus L.) plants

Abstract

Se determinaron las alteraciones inducidas por la toxicidad del antimonio (Sb) en las raíces y hojas de las plantas de girasol. Las plantas se cultivaron hidropónicamente con diferentes concentraciones de Sb, un metal pesado que reduce la producción y el crecimiento de biomasa. Hubo una acumulación preferencial de Sb en los tejidos de las raíces, siendo las concentraciones en las hojas mucho más bajas. La acumulación de otros elementos minerales también fue alterada, especialmente la de Fe y Zn. El contenido de clorofila disminuyó, al igual que la eficiencia fotosintética, pero el contenido de carotenoides permaneció inalterado. El contenido total de fenólicos, flavonoides y glucósidos henilpropanoides aumentó, evidencia de su participación en la respuesta de defensa. Se observaron aumentos en la cantidad de anión superóxido en ambas raíces y hojas, y en los niveles de peroxidación de lípidos, especialmente con la mayor concentración de Sb de 1.0 mM. El estrés oxidativo inducido conduce a un fuerte aumento en las actividades antioxidantes de SOD, POX y APX, mientras que la actividad de GR solo aumentó en las hojas y en la concentración de Sb de 1,0 mM. En contraste, la actividad DHAR aumentó considerablemente en ambos órganos. La actividad de GSNOR aumentó solo en las raíces, y el total de RSNO aumentó. La cantidad total de AsA + DHA aumentó en las raíces y se mantuvo inalterada en las hojas, mientras que la de GSH + GSSG disminuyó considerablemente en todos los casos. En conjunto, estos resultados son evidencia del desarrollo de un fuerte estrés oxidativo inducido por Sb, con un claro desequilibrio en el contenido de los compuestos que constituyen el ciclo AsA / GSH. Sb 0,5 mM mejora la expresión de GST, especialmente en hojas. Esto, junto con el aumento que se observó en la cantidad de GSH, puede jugar un papel importante en la desintoxicación. Este estrés oxidativo afecta tanto a los procesos fenólicos como a los procesos metabólicos ROS / RNS, lo que parece implicar su participación en la defensa de la planta y la respuesta al estrés.

The alterations induced by the toxicity of antimony (Sb) in the roots and leaves of sunflower plants were determined. The plants were grown hydroponically with different concentrations of Sb, a heavy metal which reduces biomass production and growth. There was preferential accumulation of Sb in the tissues of the roots, with the concentrations in the leaves being much lower. The accumulation of other mineral elements was also altered, especially that of Fe and Zn. Chlorophyll content declined, as also did the photosynthetic efficiency, but the carotenoid content remained unaltered. The total content of phenolics, flavonoids, and henylpropanoid glycosides rose, evidence of their participation in the defence response. Increases were observed in the amount of superoxide anion in both roots and leaves, and in lipid peroxidation levels, especially with the highest Sb concentration of 1.0 mM. The induced oxidative stress leads to a strong increase in the SOD, POX and APX antioxidant activities, while the GR activity was only increased in the leaves and at the 1.0 mM Sb concentration. In contrast, the DHAR activity increased considerably in both organs. The GSNOR activity increased only in roots, and the total RSNOs increased. The total amount of AsA + DHA increased in roots and remained unaltered in leaves, whereas that of GSH + GSSG decreased considerably in all cases. As a whole, these results are evidence for the development of a strong oxidative stress induced by Sb, with there being a clear imbalance in the content of the compounds that constitute the AsA/GSH cycle. 0.5 mM Sb enhances GST expression, especially in leaves. This, together with the increase that was observed in the amount of GSH, may play an important part in detoxification. This oxidative stress affects both the phenolic and the ROS/RNS metabolic processes, which seems to implicate their involvement in the plant's defence and response to the stress.